原创 ModelSim作布局布线后仿真的库问题

Modelsim是目前最流行的应用最广泛的FPGA仿真器，是Mentor Graphics的子公司Model Technology开发的。因为Modelsim好学易用，调试方便，仿真速度快，功能强大，所以很多芯片厂商的开发系统都OEM Mentor Graphics公司的Modelsim仿真器，包括Xilinx，Altera，Lattice和Actel等。Modelsim是一个单内核仿真器， 同一个内核可以进行VHDL仿真、Verilog仿真和VHDL/Verilog混合仿真；支持所有的VHDL和Verilog标准；采用直接编译技术 （Direct-Compiled），大大提高了HDL编译和仿真速度。

       Modelsim支持三个层次的仿真：RTL仿真、综合后仿真和布局布线后仿真。为了加快仿真速度，一般情况下设计中调用的库都是已经进行编译过的，然后 对设计进行仿真，此时仿真器直接调用库中已经编译过的单元，而不是再次对设计中的单元模块进行编译。所以如果要对设计进行综合后仿真和布局布线后仿真，必 须先对设计中调用的库进行编译处理。这也是本文的重点内容。因为每个厂商的库不一样，而且同一个厂商，不同的器件库就有可能不同，所以下面就目前国内比较 常用的几个公司的芯片的库问题分别进行探讨。 

1．Xilinx公司的器件：
       其库的处理方式有两种，一种是在Xilinx的网站上，我们可以下载到压缩文件xilinx_lib_4.zip，解压缩后有一个 xilinx_lib_4.tcl（将来的版本可能会升级）。单独运行Modelsim，然后在工具菜单中有一项是执行宏(这里Modelsim5.5 和5.6、5.7有一些差异，不过在5.5中仍可以找到执行宏Execute Macro)，运行xilinx_lib_4.tcl后可以看到。
 
        你可以根据你的厂商软件版本选择，指定Xilinx 的安装路径，在Install Path中指定你编译后的数据将要放的目录位置(可以是任何一个目录，最好是设计者数据盘中的某个目录，因为库编译一次就可以了，重新安装软件不需要重新 编译库)。对于Xilinx作布局布线后仿真只需要simprim库即可；如果要作综合后仿真，就需要编译Unisim库；如果设计中调用了 CoreGen产生的核就需要编译CoreGen库。这应该根据设计者的具体情况进行选择。
       如果编译完了后，在Modelsim中库会自动变为标准库(注意：Xilinx提供的早期脚本文件作不到这一点)。所谓标准库，也就是说这个库会和 IEEE这些库一样，当Modelsim启动时，这些库会自动加载，里面的单元在VHDL代码中可以随意调用。比如：在布局布线后的VHDL文件中大家可 以看到Library simprim这样的语句。当然也可以自己手动改变这些库的性质，只用修改在Modelsim安装路径下的Modelsim.ini文件即可。比如：修改 后的Modelsim.ini可以看到为
[Library]
std = $MODEL_TECH/../std
ieee = $MODEL_TECH/../ieee
verilog = $MODEL_TECH/../verilog
std_developerskit = $MODEL_TECH/../std_developerskit
synopsys = $MODEL_TECH/../synopsys
modelsim_lib = $MODEL_TECH/../modelsim_lib
simprim = D:/test/test/simprim
unisim = D:/test/test/unisim
logiblox = D:/test/test/logiblox
simprims_ver = D:/test/test/simprims_ver
unisims_ver = D:/test/test/unisims_ver
xilinxcorelib = D:/test/test/xilinxcorelib
xilinxcorelib_ver = D:/test/test/xilinxcorelib_ver
lpm = d:/test/test/lpm
…
可以看到修改后的文件中simprim库和IEEE等标准库处于同等的位置。如果关于这些库的行不加到这个文件中，那么每做一个项目的时候，设计者都要建立一个库，然后把这个库和编译后的目录映射好。比如：在Modelsim中用命令 
vlib simprim
     vmap simprim  D:/test/test/simprim
在一个项目中设置的库对其他项目是无效的，所以如果你经常用一些库，就可以把这些库设置成标准库。
  另外一种编译库的方法更本质一些，上面这种方法是厂商做一个脚本文件方便大家对库进行处理。事实上，我们可以手工处理这些库。在Xilinx的ISE安装 目录下，比如：D:/xilinx/vhdl/src和D:/xilinx/Verilog/src下都有这些库源文件；simprim库的源文件就在… /src/simprims目录下,CoreGen库的源文件就在…/src/XilinxCoreLib下等。
在Modelsim的命令窗口运行下面的命令即可：
vlib simprim
vmap simprim d:/test/test/simprim    (路径可以自己任意指定)
vcom –work simprim $XILINX/vhdl/src/simprims/simprim_Vcomponents.vhd
vcom –work simprim $XILINX/vhdl/src/simprims/simprim_Vpackage.vhd
vcom –work simprim $XILINX/vhdl/src/simprims/simprim_VITAL.vhd
(注意：编译顺序不能颠倒)，Unisim库如下所示：
vlib unisim
vmap unisim D:/test/test/unisim
vcom -work unisim  $XILINX/vhdl/src/unisims/unisim_VCOMP.vhd 
vcom -work unisim  $XILINX/vhdl/src/unisims/unisim_VPKG.vhd  
vcom -work unisim  $XILINX/vhdl/src/unisims/unisim_VITAL.vhd 
vcom -work unisim  $XILINX/vhdl/src/unisims/unisim_VCFG4K.vhd 
如果是Verilog语言，可以进行同样的处理。不过必须注意一定要编译glbl.v文件。如果要了解更详细的信息，可以参考相关文献。
库编译后就可以手工修改安装目标下的Modelsim.ini文件。修改后的文件如前所述即可。

2．Altera公司的器件：
对于Altera公司，其MaxplusII软件能开发的器件的库的名字 是alt_vtl，仿真模型在maxplus2/vhdl87/vital或者maxplus2/vhdl93/vital下面可以找到。如果是 Quartus，则库的名字不再用alt_vtl。该公司不同的器件库名字是不一样的，库名如下：
 
如果是lpm库，要编译的文件是220model.vhd和220pack.vhd，在安装目录下可以搜索的到。比如：…quartus/eda/sim_lib/
关于lpm库设置过程是这样的，进入MODELSIM，创建一个库，例如：
vlib lpm
vmap lpm  <…/myalteralib/lpm>（自己指定绝对路径，或者用菜单创建）
vcom –work lpm  <…/sim_lib/220pack.vhd> （自己指定绝对路径，或者用菜单编译）

vcom –work lpm  <…/sim_lib/220model.vhd> （自己指定绝对路径，或者用菜单编译）

现在可以到Modelsim的安装目录，编辑modelsim.ini。
[Library]
std = $MODEL_TECH/../std
ieee = $MODEL_TECH/../ieee
verilog = $MODEL_TECH/../verilog
std_developerskit = $MODEL_TECH/../std_developerskit
synopsys = $MODEL_TECH/../synopsys
modelsim_lib = $MODEL_TECH/../modelsim_lib
lpm = <…/myalteralib/lpm>（一定要和自己刚才创建的lpm库目录一致）
此时，即可在Modelsim的library窗口中看到有这个库了。其他的库同理可以这么作。下面举例apex20k库为例：
运行Modelsim，创建库apex20k，
vlib apex20k
vmap apex20k  <…/myalteralib/apex20k>
vcom –work apex20k <…/eda/sim_lib/apex20k_atoms.vhd>
vcom –work apex20k <…/eda/sim_lib/apex20k_componenets.vhd>
然后修改modelsim.ini文件即可。

3．Actel公司的器件：
        因为大多数设计者使用Actel公司器件的原因是其反熔丝特性，这些芯片是一次编程的，所以布局布线后仿真显的更加重要。安装Actel公司的Designer后其库的原文件位置是：
VHDL 的 VITAL Library: <Drive>:/Actel/ Designer_R1-2001/ lib/vtl/95
Verilog Library: <Drive>:/Actel/ Designer_R1-2001/lib/vlog
此 处以VHDL为例进行库编译说明。对应于不同的器件系列其库名字分别是act1, act2, act3, a3200dx, a40mx, a42mx, a54sx,a54sxa, ex and a500k等。Verilog的库名稍微有所不同，库名分别是act1, act2, act3, 3200dx, 40mx, 42mx, 54sx, 54sxa, ex and a500k等。源文件分别和库名相对应，很容易看出。下面以act2库为例进行说明。
vlib act2
vmap act2  d:/test/test/act2
vcom –93 –work act2 <Drive>:/Actel/ Designer_R1-2001/ lib/vtl/95/act2.vhd
然后对Modelsim安装目录下的Modelsim.INI文件进行修改即可。此处大家看到利用vcom –93对库进行编译，是因为Actel的库源文件是利用VHDL 93标准写的，而Modelsim默认是安装87标准进行编译的。